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來源：環(huán)境工程

近年來，我國農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)面臨的環(huán)境污染問題日益突出，村鎮(zhèn)污水處理率較低的問題備受關(guān)注。目前村鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水有機(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。為此，詳細(xì)闡述了村鎮(zhèn)污水廠的低濃度生活污水現(xiàn)象，分析了低濃度生活污水現(xiàn)象的成因及其危害，并建議按照如下3種情況分別處理：1)采取系列措施預(yù)防低濃度生活污水現(xiàn)象的出現(xiàn)；2)將現(xiàn)有傳統(tǒng)活性污泥法工藝改造成MBBR工藝；3)對于尚未建成污水處理廠的地區(qū)，建議考慮SBR、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等工藝。

關(guān)鍵詞：低濃度生活污水；村鎮(zhèn)污水廠；MBBR工藝；SBR；生物轉(zhuǎn)盤；生物接觸氧化；曝氣生物濾池

引 言

2014年以來，國務(wù)院先后印發(fā)了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于改善農(nóng)村人居環(huán)境的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2014〕25號)、《國務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》(國發(fā)〔2016〕8號)，以及《國務(wù)院辦公廳關(guān)于創(chuàng)新農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施投融資體制機(jī)制的指導(dǎo)意見》(國辦發(fā)〔2017〕17號)、《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》，均明確指出加快農(nóng)村環(huán)境綜合整治，加強(qiáng)農(nóng)村污水收集處理設(shè)施建設(shè)。在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)不斷推進(jìn)的同時(shí)，許多地方暴露出進(jìn)水有機(jī)物濃度過低的問題，嚴(yán)重影響了污水處理設(shè)施正常運(yùn)行效果，且并未得到研究人員的充分重視。為防止低濃度生活污水進(jìn)一步影響污水處理廠(站)設(shè)計(jì)處理能力的正常發(fā)揮，本文就這一問題進(jìn)行了探討，提出了相應(yīng)的應(yīng)對策略，對于低濃度村鎮(zhèn)生活污水的處理具有一定的指導(dǎo)意義。

1 低濃度生活污水現(xiàn)象

低濃度生活污水，主要是指污水處理廠(站)進(jìn)水有機(jī)物濃度低于典型生活污水的有機(jī)物濃度，即ρ(COD)<250 mg/L、ρ(BOD5)<100 mg/L[1]。我國村鎮(zhèn)污水處理廠(站)、城市污水處理廠均存在低濃度生活污水的現(xiàn)象。例如，張靜等[2]就巢湖流域內(nèi)19個(gè)已建成運(yùn)行的村鎮(zhèn)污水廠進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，16個(gè)村鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水ρ(COD)<100 mg/L；周曉莉等[3]監(jiān)測江蘇省20個(gè)村級生活污水處理設(shè)施1年后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水ρ(COD)年平均值為154.6 mg/L，全年進(jìn)水ρ(COD)<100 mg/L的樣本占總數(shù)的61.9%。

此外，1999年有文獻(xiàn)報(bào)道[4]南方多個(gè)城市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，為設(shè)計(jì)值的1/2～1/3；截至2014年末，湖南省已運(yùn)行的138座城鎮(zhèn)污水處理廠中，90座污水廠的進(jìn)水ρ(COD)<200 mg/L，25座進(jìn)水ρ(BOD5)/ρ(COD)<0.3[5]。邱鴻榮等[6]對廣東省60多座污水處理廠調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，40多座污水廠存在進(jìn)水有機(jī)物濃度過低的現(xiàn)象，其中23座進(jìn)水ρ(COD)<100 mg/L，10座污水廠進(jìn)水ρ(COD)<60 mg/L；南昌中心城區(qū)5座污水處理廠投入運(yùn)行后，也普遍存在實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值、進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低(ρ(COD)<200 mg/L，ρ(BOD5)<100 mg/L)的現(xiàn)象[7]?？梢?，低濃度生活污水問題存在已久，且一直沒有得到徹底解決，其嚴(yán)重阻礙了采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠(站)設(shè)計(jì)處理能力的正常發(fā)揮。

1.1 低濃度生活污水危害

對于采用傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠(站)而言，低濃度生活污水的影響主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1)低濃度生活污水會影響微生物的生長和繁殖?；钚晕勰嚅L期處于饑餓狀態(tài)，將導(dǎo)致微生物的活性下降，甚至因微生物的內(nèi)源呼吸作用，反應(yīng)器內(nèi)活性污泥出現(xiàn)負(fù)增長。2)低濃度生活污水會影響污水廠二級生物處理工藝的脫氮除磷效果。反硝化和生物除磷均需有機(jī)碳源，因低濃度生活污水中可被微生物利用的有機(jī)碳源較少，反硝化菌和聚磷菌對有機(jī)碳源的競爭更加激烈，往往導(dǎo)致出水TN和TP無法達(dá)標(biāo)。解決出水TP超標(biāo)的問題尚可通過輔助化學(xué)除磷的方式，但要實(shí)現(xiàn)出水TN達(dá)標(biāo)不易，有時(shí)甚至?也無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。3)低濃度生活污水容易導(dǎo)致污泥膨脹。有機(jī)物濃度較低的條件下，菌膠團(tuán)的生長速率低于絲狀菌的生長速率，此時(shí)傳統(tǒng)活性污泥法容易發(fā)生污泥膨脹，使出水水質(zhì)惡化[8]。

1.2 低濃度生活污水成因

低濃度生活污水的成因是多方面的，可歸結(jié)為兩大類：1)有機(jī)污染物濃度較低的水進(jìn)入污水管道，起到了一定的稀釋作用。2)本應(yīng)通過污水管道進(jìn)入污水廠(站)的污染物，被處理或截留在污水廠(站)外。

就第一大類而言：1)我國大部分村鎮(zhèn)地區(qū)的排水體制多采用合流制，雨污水管道混接的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，致使村鎮(zhèn)污水廠(站)的進(jìn)水有機(jī)物濃度也經(jīng)常出現(xiàn)過低的現(xiàn)象。

2)地下水的滲入，以及地表水的流入，均會在一定程度上稀釋管道內(nèi)有機(jī)物濃度，隨著人民生活水平的提高，人均排水量大幅度增加，而這部分增加的排水量大都來自盥洗、洗滌和淋浴排水，進(jìn)而引起污水廠進(jìn)水有機(jī)物濃度的降低。

對于第二大類而言：1)化糞池的不合理設(shè)置也較大程度地影響了污水廠(站)的進(jìn)水有機(jī)物濃度，主要是因?yàn)榛S池可去除糞尿混合物中近20%的BOD5[9]。2)因設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量等諸多因素的影響，管道內(nèi)污水的流速偏低，甚至出現(xiàn)長期積水的問題，污水中無機(jī)物顆粒攜帶有機(jī)物沉積在管底，有機(jī)物濃度由此進(jìn)一步下降。

2 低濃度生活污水處理應(yīng)對策略

2.1 預(yù)防低濃度生活污水出現(xiàn)

實(shí)踐過程中，應(yīng)盡可能防止或減緩低濃度生活污水問題的出現(xiàn)，以避免因進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低導(dǎo)致額外的改造費(fèi)用。1)完善排水體制，近期可采用截留式合流制過渡，遠(yuǎn)期可逐步進(jìn)行合流制改造，新建管道時(shí)應(yīng)盡可能采用分流制，污水廠(站)的建設(shè)也應(yīng)與排水管網(wǎng)同步[10]。2)嚴(yán)格把控排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，加強(qiáng)排水管網(wǎng)建成后的日常維護(hù)，避免外源水的進(jìn)入和有機(jī)物的沉積。3)加強(qiáng)居民的節(jié)水意識，積極研發(fā)并推廣新型節(jié)水設(shè)備。4)應(yīng)推動建立科學(xué)的雨洪管理體系。5)慎重考慮在污水廠(站)納污范圍內(nèi)建造化糞池，但考慮到部分地區(qū)短期內(nèi)仍需化糞池發(fā)揮作用，應(yīng)事先考察建設(shè)、拆除化糞池的必要性，改造現(xiàn)有化糞池，并逐步取消滲水或不合格的化糞池。

2.2 現(xiàn)有傳統(tǒng)活性污泥法工藝的改造方案

對已建成運(yùn)行并面臨低濃度生活污水問題的傳統(tǒng)活性污泥法污水廠(站)來說，可考慮對其進(jìn)行升級改造。1)短期內(nèi)可提高活性污泥濃度，設(shè)置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)和水量。2)長期考慮，可在傳統(tǒng)曝氣池中投加填料，以提高硝化反硝化能力，可將傳統(tǒng)曝氣池改造成移動床生物膜(moving bed biofilm reactor, MBBR)工藝，該方法改造幅度小，也方便推廣。將傳統(tǒng)曝氣池改造成MBBR工藝，在不延長水力停留時(shí)間的前提下延長生物固體在反應(yīng)池內(nèi)的停留時(shí)間，提高污水的處理效果。例如，張興文等[11]采用MBBR工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為60～80 mg/L)時(shí)，HRT為2.4 ?的去除率分別達(dá)到70%、95%，出水水質(zhì)達(dá)到GB 50050—1995《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》；賈磊等[12]在上海竹園污水廠應(yīng)用MBBR工藝進(jìn)行中試，當(dāng)?shù)蜐舛壬钗鬯?COD)為185 mg/L，HRT為3.4 h時(shí)，?的去除率分別達(dá)到77.8%、95.9%，出水?均可達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)；馬建勇等[13]采用MBBR工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為100 mg/L左右)時(shí)，HRT為1.9 h，COD去除率可達(dá)到85%，出水ρ(BOD5)<5 mg/L。雖然，污水廠(站)將傳統(tǒng)活性污泥法改造為MBBR工藝會增加污水廠(站)的維護(hù)難度，但這對已建成運(yùn)行的污水廠(站)解決低濃度生活污水問題具有積極意義。

2.3 尚未建成污水廠(站)地區(qū)的建設(shè)方案

就可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)而言，新建時(shí)應(yīng)結(jié)合近、遠(yuǎn)期水質(zhì)的變化選取二級生物處理工藝，優(yōu)先考慮采用SBR工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。

2.3.1 SBR工藝

對于需要采用活性污泥法的村鎮(zhèn)污水廠(站)，不建議采用連續(xù)流活性污泥法，新建時(shí)可采用SBR工藝。與連續(xù)流工藝不同，SBR工藝采用時(shí)間序列控制，管理簡單，運(yùn)行方法靈活，可以較好地調(diào)節(jié)因水量變化而導(dǎo)致的水質(zhì)波動。例如，貴陽小河污水廠采用改造后的SBR處理低濃度城市污水(2005年ρ(COD)平均值為114 mg/L)時(shí)，出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002的一級B標(biāo)準(zhǔn)[14]；李小軍[15]采用SBR處理村鎮(zhèn)地區(qū)低濃度生活污水(ρ(COD)平均值為80 mg/L)時(shí)，出水ρ(COD)可維持在30 mg/L左右。

2.3.2 生物轉(zhuǎn)盤

生物轉(zhuǎn)盤耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，使其在處理低濃度生活污水時(shí)具有較好的應(yīng)用前景。例如，廣西某小城鎮(zhèn)采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理低濃度生活污水(ρ(COD)為118～152 mg/L)時(shí)，?去除率分別為85.47%、84.48%、78.33%，出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002的一級B標(biāo)準(zhǔn)[16]；魏東洋等[17]采用生物轉(zhuǎn)盤工藝處理微污染河水時(shí)，COD和?的平均去除率可分別達(dá)到84.37%和86.22%?？紤]到村鎮(zhèn)污水水量變化較大的特點(diǎn)，建議設(shè)置調(diào)節(jié)池以均化污水的水質(zhì)與水量。

南方地區(qū)某縣16座污水廠應(yīng)用生物轉(zhuǎn)盤處理低濃度生活污水時(shí)，出水水質(zhì)均可達(dá)到GB 18918—2002的一級A標(biāo)準(zhǔn)，但TN去除率較低。該縣某鎮(zhèn)污水廠，2015年3月進(jìn)水ρ(COD)平均值為210.3 mg/L，TN去除率僅為30%。如進(jìn)水TN濃度提高，出水TN將難以達(dá)標(biāo)[18]。針對這一問題，霍鑫超等[19]提出將沉淀池的硝化液回流至生物轉(zhuǎn)盤，則出水TN可穩(wěn)定在20 mg/L以下。李莎等[20]采用外加碳源的方式，解決進(jìn)水C/N過低導(dǎo)致生物轉(zhuǎn)盤反硝化不徹底的問題。

2.3.3 生物接觸氧化

生物接觸氧化最初即在美國被應(yīng)用于低濃度生活污水處理，目前也常被應(yīng)用于我國村鎮(zhèn)污水處理。生物接觸氧化法投資低，啟動和日常運(yùn)行管理簡單，處理效率較高，較活性污泥法更耐沖擊，對于解決當(dāng)前我國村鎮(zhèn)污水處理資金和人員不足的問題也具有一定積極意義。吉祝美等[21]以跌水曝氣接觸氧化法為主處理農(nóng)村低濃度生活污水(ρ(COD)為90～220 mg/L)時(shí)，出水COD、TN、TP濃度分別低于70，5，0.1 mg/L；趙賢慧[22]采用生物接觸氧化處理低濃度城市污水(ρ(COD)為90～230 mg/L)時(shí)，COD、BOD5、?的平均去除率分別為77.6%、80.9%、67.4%。

2.3.4 曝氣生物濾池

曝氣生物濾池在運(yùn)行過程中同時(shí)具備高負(fù)荷生物濾池和普通快濾池的運(yùn)行特性，對進(jìn)水COD和SS濃度的要求較為嚴(yán)格，適用于低濃度生活污水的處理[23]。王立立等[24]采用曝氣生物濾池處理校園低濃度生活污水,進(jìn)水ρ(COD)為65.4～161.5 mg/L時(shí)，出水?分別為3.4，6.94 mg/L；田文華等[25]采用曝氣生物濾池處理電廠的低濃度生活污水，進(jìn)水ρ(COD)為48～172 mg/L時(shí)，出水?分別為3.2，14.5，0.5 mg/L，滿足GB 50050—1995水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；錢靚[26]采用曝氣生物濾池處理上海低濃度生活污水，進(jìn)水ρ(COD)為155.8～234 mg/L時(shí)，?的去除率分別為84.2%、90%、90%。

此外，向連城等[27]分別采用曝氣生物濾池和生物接觸氧化處理深圳甘坑河水(ρ(COD)為50～150 mg/L)的結(jié)果表明，與生物接觸氧化相比，曝氣生物濾池同時(shí)具有過濾功能，出水SS濃度較低，而且受冬季低溫影響，傳統(tǒng)活性污泥法的處理效果較差，而曝氣生物濾池受低溫的影響較小。另外，如前所述，在村鎮(zhèn)污水處理中，TN和TP可能會因水質(zhì)、水量的波動而無法達(dá)標(biāo)，甚至有時(shí)?都無法達(dá)標(biāo)。硝化效果較好的曝氣生物濾池可徹底解決這一問題，其可通過調(diào)節(jié)曝氣量來保證出水?達(dá)標(biāo)，但污水廠(站)的能耗也由此會偏高。

綜上所述，為污水廠能夠正常發(fā)揮設(shè)計(jì)的處理能力，合理選擇污水處理工藝至關(guān)重要，同時(shí)必須考慮到村鎮(zhèn)污水廠(站)所要求達(dá)到的排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以實(shí)際水質(zhì)為基礎(chǔ)。目前，大部分村鎮(zhèn)污水廠(站)的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 18918—2002中的一級A或一級B標(biāo)準(zhǔn)[28-29]，對于村鎮(zhèn)污水廠(站)來說難度較大，這對上述工藝的達(dá)標(biāo)運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。因此，建議在未來修訂村鎮(zhèn)生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)充分考慮村鎮(zhèn)污水的實(shí)際情況，適當(dāng)放寬排放標(biāo)準(zhǔn)，以利于村鎮(zhèn)污水處理事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)束語

1)低濃度生活污水的成因是多方面的，主要有排水體制的不完善、化糞池的不合理設(shè)置、管道內(nèi)沉積、外源水的進(jìn)入等，為保障污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)盡可能避免低濃度生活污水現(xiàn)象。

2)建議村鎮(zhèn)污水處理廠(站)采用MBBR等工藝改造現(xiàn)行的傳統(tǒng)活性污泥工藝，以提高其應(yīng)對低濃度生活污水沖擊負(fù)荷的能力。

3)對于可能存在低濃度生活污水問題的村鎮(zhèn)地區(qū)，建議新建污水廠(站)時(shí)采用SBR工藝或生物膜法，例如生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、曝氣生物濾池等。此外，曝氣生物濾池對村鎮(zhèn)低濃度生活污水具有良好的適應(yīng)性，建議予以重點(diǎn)研究和應(yīng)用。

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